Требования к камерам сгорания и их основные параметры

Камера сгорания – один из важнейших элементов газотурбинного двигателя, от совершенства которого в значительной мере зависят надежность двигателя и его экономичность.

Основное назначение камеры сгорания – преобразование химической энергии топлива в тепловую энергию, в результате чего температура воздуха в камере сгорания возрастает от температуры воздуха за компрессором до температуры газов перед турбиной. Условно рабочий процесс в камере сгорания можно разделить на несколько элементарных процессов, основными из которых являются: смесеобразование, поджигание и горение топливовоздушной смеси, стабилизации пламени, смешение продуктов сгорания со вторичным воздухом, охлаждение воздухом горячих стенок жаровой трубы.

В современных авиационных газотурбинных двигателях используются камеры сгорания кольцевой схемы, однако на отдельных двигателях применяется схема трубчато-кольцевой камеры сгорания.

К камерам сгорания предъявляются следующие основные требования, степень выполнения которых оценивается соответствующими параметрами.

Высокая полнота сгорания топлива. Потери топлива в процессе горения связаны, в основном с неполным сгоранием. Кроме того, некоторое количество тепла уходит через стенки камеры сгорания. Совершенство камеры сгорания в этом отношении оценивается коэффициентом выделения тепла, представляющем из себя отношение количества тепла, идущего на увеличение теплосодержания газового потока в реальном процессе к количеству тепла, которое могло бы пойти на увеличение теплосодержания газового потока при условии полного сгорания в теплоизолированной камере.

При отклонении от расчетного режима работы двигателя коэффициент полноты сгорания уменьшается, что приводит к росту расхода топлива и ухудшению экономичности авиадвигателя.

Устойчивый процесс горения в широком диапазоне режимов работы и условий полета. Даже кратковременное нарушение нормального процесса горения («срыв» пламени) приводит к самовыключению двигателя. Недопустимым является также наличие сильных колебаний давления в камерах сгорания, которые могут быть вызваны нарушением нормального процесса подачи и распыления топлива в камере или возникновением так называемого вибрационного горения.

Минимальный объем камеры. Продольные и поперечные размеры камер сгорания существенно влияют на габаритные размеры и массу двигателя.

Малые потери полного давления. Снижение полного давления проходящего через камеру сгорания газового потока из-за наличия гидравлических потерь и «теплового» сопротивления отрицательно сказывается как на тяге, так и на экономичности двигателя и оценивается коэффициентом потерь полного давления.

Обеспечение стабильного поля температур на выходе из камеры сгорания при заданной эпюре распределения температуры по радиусу. Нестабильность и окружная неравномерность температурного поля отрицательно сказывается на тепловом режиме сопловых и рабочих лопаток турбины и, следовательно, на их надежности и ресурсе. Радиальная неравномерность поля температур вводится преднамеренно с целью снижения рабочих температур наиболее нагруженных сечений лопаток.

Низкий уровень содержания твердых частиц (сажи) и токсичных веществ в продуктах сгорания.

«Дымление» двигателей приводит к загрязнению атмосферы, к нарушению нормального теплового режима деталей газовоздушного тракта при отложении сажи на их поверхности.

Надежный запуск («розжиг») на земле и в воздухе. Важность этого требования очевидна. Камера сгорания турбореактивных двигателей должна обеспечивать надежное воспламенение топлива на высотах до 6—10 км.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.